【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁同步电动机控制，具体涉及一种基于扩展非线性观测器的无传感ipmsm驱动控制方法及装置。
技术介绍
1、永磁同步电动机以其所具有的高效率、高转矩密度、宽调速范围、低损耗等特点，广泛应用于数控机床、工业机器人等高精度传动领域和电动汽车、直驱风力发电等新能源领域以及白色家电、风机泵类等节能领域。随着半导体技术、交流调速理论、计算机控制技术的不断发展，高性能的永磁同步电动机控制系统逐渐成为电伺服系统的主流。
2、在高精度及高动态特性的要求下，现阶段的永磁同步电机变频调速系统普遍采用自控式控制策略，如矢量控制、直接转矩控制及预测控制等。为了实现励磁与转矩控制的解耦，高性能的永磁同步电机控制系统需要实时检测转子位置。目前市场上应用比较普遍的机械位置传感器包括：光电编码器、旋转变压器和感应同步器等。这些机械位置传感器具有系统设计简单、位置检测精度高等优点，但是在某些场合存在安装困难，同时会增加系统成本、降低系统可靠性等问题。
3、高性能的永磁同步电机矢量控制系统中需要安装机械式位置传感器，以得到用于检测实现坐标变换的转子位置和实现速度闭环控制的转速信息。由于机械式位置传感器存在安装调试困难、增加系统成本、降低系统可靠性等问题，无位置传感器控制技术逐渐成为当前研究热点。无位置传感器控制技术按其适用速度区间不同可分为两类：一类是适用于零速及低速区间的基于转子凸极效应的方法，如高频信号注入法；另一类是适用于中高速区间的基于电机数学模型的方法，如扩展卡尔曼滤波法(ekf)、模型参考自适应法(mras)、滑模观
4、非线性观测器法由于其调速范围宽、动态响应好及计算简单等特点，被用于表贴式永磁同步电机(surface permanent magnet synchronous motor,spmsm)的无传感控制系统中。在将其应用拓展到ipmsm系统时，需要解决由于交、直轴电感差异引起的依赖于转子位置的电感矩阵问题。并且，在缺少负载转矩在线估算时，负载变化会导致转子位置和转速稳态估算误差。
5、为了准确估算ipmsm的转子位置和转速，准确的电机模型参数是不可或缺的。然而，除测量困难外，ipmsm的参数也趋于随电机运行状态变化而变化，如定子内阻和转子磁链依赖于电机的温升，交、直轴电感随磁场饱和程度不同而变化。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术旨在公开了一种基于扩展非线性观测器的无传感ipmsm驱动控制方法及装置，用于准确估算ipmsm转子位置和转速。
2、本专利技术公开了一种基于扩展非线性观测器的无传感ipmsm驱动控制方法，包括以下步骤：
3、基于在α-β-0坐标系下的电压方程和机械方程，通过线性化得到极坐标系下的状态方程；并根据状态方程构建基于合成反电动势的非线性状态观测器；
4、基于交轴电流估算误差构建出估算的负载转矩调节规律，将估算的负载转矩调节规律并入到非线性状态观测器，得到基于合成反电动势的扩展非线性观测器；
5、在闭环无传感控制系统稳定条件下，计算出转子位置和转速估算误差，代入到所述扩展非线性观测器，再结合所述稳态条件，得到等效磁链误差的估算值；
6、将等效磁链误差的估算值添加到所述扩展非线性观测器中，进行模型参数误差的在线补偿，抑制转子位置和转速估算误差。
7、进一步地，所述基于在α-β-0坐标系下的电压方程为经过电压矢量变换的电压方程；具体的变换过程包括：
8、1)建立包含依赖于转子位置电感矩阵的ipmsm在α-β-0坐标系下的轴的电压方程；
9、
10、
11、式中；uα,uβ分别为定子电压的α、β分量；iα,iβ分别为α-β-0轴定子电流；rs,ψf分别为定子内阻，转子磁链；ωm,θe分别为机械角速度，电角度；ld,lq分别为d-q-0轴电感；l0为平均电感，l0＝(ld+lq)/2；l1为半差电感，l1＝(ld-lq)/2；p为电机极对数；η为合成电压矢量；ηα、ηβ分别为α-β-0轴定子合成电压；
12、2)对电压方程进行变换使电压矢量中电感恒定不依赖转子位置；
13、变换后的合成电压矢量＝ηa+ηb+ηc，其中，id，iq为d-q-0轴定子电流；
14、3)将电压矢量ηb与电机实际反电动势e0合成得到合成反电动势esyn，取代电机实际的反电动势e0，将电压矢量ηc合并到输入电压矢量中；
15、4)将变换后的合成电压矢量、合成反电动势和输入电压矢量带入到电压方程中，得到变换后的ipmsm在α-β-0坐标系下的电压方程：
16、
17、式中，ψsyn＝(ψf+2l1id)，
18、进一步地，建立的ipmsm的机械方程为：
19、
20、式中，分别为机械角加速度，电角速度；te为电磁转矩；tl为负载转矩；j,b分别为转动惯量，粘滞摩擦系数。
21、进一步地，通过线性化得到在极坐标系下的状态方程；包括：
22、引入的非线性坐标变换
23、结合ipmsm的α-β-0轴的电压方程和机械方程，得到极坐标系下的状态方程：
24、
25、其中，y＝(iα iβ)t；z＝(z1，z2)t；υ＝(υα υβ)t；
26、
27、进一步地，根据极坐标系下的状态方程构建非线性状态观测器；包括：
28、1)根据极坐标系下的状态方程构建极坐标系下的状态观测器：
29、
30、式中，带‘^’的为状态变量估算值；ky＝kyi2×2，kz＝kzi2×2，ky、kz为常数。
31、2)利用非线性坐标变换的反变换，得到α-β-0轴的非线性状态观测器：
32、
33、式中，
34、
35、进一步地，将负载转矩调节规律并入到非线性状态观测器，并用估算的负载转矩替代原观测器中的负载转矩tl，便构成了基于α-β-0轴的扩展非线性观测器。
36、其中，基于交轴电流估算误差构建出估算的负载转矩调节规律：
37、
38、式中，kl是负载转矩估算的增益；
39、进一步地，在系统稳定条件下，由变形的电压方程、机械方程和非线性状态观测器得到稳态时的转子位置和转速估算误差为：
40、
41、式中，等效磁链误差式中，带‘^’的为估算值。
42、进一步地，系统稳定条件为：
43、
44、进一步地，等效磁链误差调节规律为：
45、
46、式中，kλ是等效磁链误差补偿的增益。
47、本专利技术还公开了一种基于扩展非线性观测器的无传感ipmsm驱动控制系统，采用如上所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于扩展非线性观测器的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，所述基于在α-β-0坐标系下的电压方程为经过电压矢量变换的电压方程；具体的变换过程包括：
3.根据权利要求2所述的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，通过线性化得到在极坐标系下的状态方程；包括：
5.根据权利要求4所述的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，系统稳定条件为：
9.根据权利要求8所述的无传感IPMSM驱动控制方法，其特征在于，等效磁链误差调节规律为：
10.一种基于扩展非线性观测器的无传感IPMSM驱动控制系统，其特征在于，采用如权
...【技术特征摘要】
1.一种基于扩展非线性观测器的无传感ipmsm驱动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无传感ipmsm驱动控制方法，其特征在于，所述基于在α-β-0坐标系下的电压方程为经过电压矢量变换的电压方程；具体的变换过程包括：
3.根据权利要求2所述的无传感ipmsm驱动控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的无传感ipmsm驱动控制方法，其特征在于，通过线性化得到在极坐标系下的状态方程；包括：
5.根据权利要求4所述的无传感ipmsm驱动控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛永乐，石增辉，秦文渊，乔洪凯，朱昊天，王超然，唐旭东，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。